基于大流调度的软件定义数据中心网络负载均衡算法

传统负载均衡算法对数据中心网络中的大流进行调度时,会造成部分链路负载过重、网络整体负载不均衡等问题。将负载均衡问题转化为多商品流问题进行求解,结合软件定义网络集中控制的思想和数据中心网络的流量特征,提出一种基于大流调度的软件定义数据中心网络负载均衡算法。根据阈值将数据流划分为大流和小流,结合路径上大流分布度和可用负载度对大流进行重路由,以减小大流对网络负载均衡的影响。仿真实验表明,在流量大小分布不均衡的数据中心网络中,该算法与传统的等价多路径算法和基于全局最先匹配的动态流量调度算法相比,在平均对分带宽上获得了更大的提升,能够更好地实现数据中心网络的负载均衡。     

基于SDN的胖树数据中心网络多路径路由算法

现有的多数路由算法未综合考虑链路实时传输状态和流量特征。为此,基于软件定义网络集中控制和全网管控的思想,提出一种基于链路实时状态和流量特征的多路径路由算法。该算法将数据流分为大流和小流,大流吞吐量要求较高,根据路径权重值进行路由,而小流数较多,处理复杂性要求较低,选择可用剩余带宽最大的路径作为其路由路径。仿真实验结果表明,与等价多路径算法和软件定义混合路由机制相比,该算法能够提高胖树数据中心网络的平均链路利用率和网络吞吐量。     

基于动态配置等价多路径技术的无线传感器网络负载均衡算法研究

随着物联网应用的推广,作为底层核心构件的传感器网络所承载传输业务成激增趋势,使得窄带宽无线信道成为了制约物联网应用的首要因素。合理分流流量,实现负载均衡是提升网络承载能力的有效方法。本文将ECMP ( Equal-Cost Mul-tipaths)技术与传感器网络自组织特性相融合,传感器网络多跳自组织特性为业务传输提供多条等价最短路径,ECMP将业务均衡分担到这些等价最短路径上,实现负载均衡。理论证明传统ECMP 配置方法全网节点开通ECMP 功能不仅会增加网络控制信息开销,而且在某些情况下反而会增大区域负载,形成网络拥塞。因此,本文提出动态选择开通 ECMP 算法( DC-ECMP )。算法以流入节点流量等于流出节点流量作为业务守恒约束,链路带宽上限作为链路容量约束,以最大链路利用率最小化为目标函数,建立多约束优化模型。并依据最大链路使用率和节点度判定开通ECMP 优先级,动态选择需开通节点,以获取最优网络传输性能。仿真结果表明DC-ECMP算法比已有PPV算法有效降低最大链路使用率,消除网络局部拥塞隐患,并且最大减少传输延时9.9 ms,节省网络资源消耗4.06%。     

基于流调度选择的DCN动态负载均衡算法

针对数据中心网络(data center network,DCN)动态调度导致的负载不均衡问题,提出了基于流调度选择的动态负载均衡(dynamic load balancing based on flow scheduling selection,DLBFSS)算法。该算法首先计算拥塞链路上各条大流的等价最短路径,并删除不满足流带宽需求的路径;然后计算剩余路径的可用吞吐量,选择可用吞吐量最大的路径作为最优调度路径;最后根据大流的带宽和最优路径的负载定义调度的拥塞概率,将拥塞概率作为大流调度选择的依据。实验结果表明,与传统ECMP（equal-cost multi-path）路由和现有大流调度算法相比,DLBFSS能够减小网络时延,提高流的带宽利用率,保证了更好的负载均衡。     

基于时隙传输的数据中心路由算法设计

基于软件定义网络（SDN,Software Defined Network）的数据中心流量工程,能够通过对全局视图的网络管控,动态选择路由路径规避拥塞发生的风险,但是在制定路由策略的时候经常会对数据流进行迁移,尤其是针对大流的迁移容易造成数据流丢包以及接收端数据包乱序的问题.本文提出“基于时隙的流片装箱算法（FLAT,Flowlet-binned algorithm based on timeslot）”,通过集中控制的方式获取链路状态信息并计算出合理的数据流传输时隙值,能够避免在数据流迁移过程中的丢包以及接收端数据包乱序问题,同时在充分利用数据中心冗余链路的前提下,实现高效和细粒度的流量均衡.通过在Mininet仿真平台中部署并与ECMP以及GFF路由机制相比较,在链路高负载情况下,丢包率相比分别下降90%和80%,而吞吐量分别能提升44%和11%,实验结果展示了FLAT的优越性能.     

面向SDN数据中心网络最大概率路径流量调度算法

随着数据中心网络规模的迅速增长,网络带宽利用率低下导致的网络拥塞问题日益突出,通过负载均衡提高数据中心网络链路带宽利用率和吞吐量成为了研究热点.如何结合流量特征、链路状态和应用需求进行流量的合理调度,是实现网络链路负载均衡的关键.针对数据中心突发性强、带宽占用率高的大象流调度问题,提出一种面向SDN数据中心网络最大概率路径流量调度算法,算法首先计算出满足待调度流带宽需求所有路径,然后计算流带宽与路径最小链路带宽之间的带宽比,结合所有路径的带宽比为每一条路径计算路径概率,最后利用概率机制选择路径.算法不仅考虑了流带宽需求和链路带宽使用情况,而且全局地考虑了流调度和链路带宽碎片问题.实验结果表明,最大概率路径调度算法能够有效地缓解网络拥塞,提高带宽利用率和吞吐量,减少网络延迟,从而提高数据中心的整体网络性能和服务质量.     

基于差分进化融合蚁群算法的数据中心流量调度机制

针对数据中心网络的传统流量调度方法容易引起网络拥塞及链路负载不均衡等问题,提出了一种差分进化（DE）融合蚁群（ACO）算法（DE-ACO）的动态流量调度机制,对数据中心网络中的大象流调度进行优化。首先,利用软件定义网络（SDN）技术捕获实时网络状态信息并设定流量调度的优化目标;然后,通过优化目标重定义DE算法,计算出多条可用候选路径,作为ACO算法的初始化全局信息素;最后,结合全局网络状态以求得全局最优路径,并重新路由拥堵链路上的大象流。实验结果表明,以在随机通信模式下为例,与等价多路径路由（ECMP）算法和基于蚁群算法的SDN数据中心网络流量调度（ACO-SDN）算法相比,所提算法的平均对分带宽分别提高了29.42%～36.26%和5%～11.51%,降低了网络的最大链路利用率（MLU）,较好地实现了网络负载均衡。     

数据中心网络中基于蚁群算法的动态多路径负载均衡

针对数据中心网络中等价多路径路由算法（equal-cost multi-path routing,ECMP）无法有效调度大象流而导致流量负载不均衡及易造成网络拥塞的问题,提出了一种基于蚁群算法的动态多路径负载均衡（ant colony algorithm based dynamic multipath load balancing,ADMLB）算法。ADMLB算法首先通过控制器获取网络负载信息,同时检测大象流并标记,然后调用改进的蚁群算法,根据大象流所需带宽选择多路径。实验结果表明,与传统的ECMP和现有流调度算法相比,ADMLB算法降低了链路延迟时间,有效提高了链路带宽利用率。     

基于软件定义网络的数据中心自适应多路径负载均衡算法

针对传统多路径负载均衡算法无法有效地感知网络的运行状态、不能综合考虑链路的实时传输状态以及大多数算法缺少自适应性的问题,基于软件定义网络（SDN）的集中控制和全网管控思想,提出一种基于蜘蛛猴优化的SDN自适应多路径负载均衡算法（SMO-LBA）。首先,利用数据中心网络的感知能力来获取多路径的实时链路状态信息;然后,利用蜘蛛猴算法的全局探索和局部开采能力将链路空闲率作为每条路径的适应度值,并引入自适应权重对路径进行动态评估及更新;最后,寻找数据中心网络中链路占用率最小的路径,确定其为最优转发路径。选用胖树拓扑在Mininet平台上进行仿真实验,实验结果表明SMO-LBA可提高数据中心网络的吞吐量和平均链路利用率,实现网络自适应负载均衡。     

基于拥塞预警与分流传输的AOMDV协议优化

针对AOMDV协议只使用主路径传输数据,导致备用路径未能得到充分利用以及网络负载失衡的问题,本文提出一种LBAOMDV(Load Balanced AOMDV)协议。该协议在AOMDV协议的基础上使用基于路径长度、路径使用次数以及路径状态的分流传输机制在多条路径上同时传输数据以均衡网络负载,当网络中的节点负载过重并通过预先设定的阀值时将触发拥塞预警机制以减少通过该节点的数据流量,从而进一步达到网络负载的动态均衡。     

数据中心网络中基于SDN的大象流负载均衡的研究

针对数据中心网络中大象流携带大量数据造成网络拥塞和负载不均衡的问题,提出基于SDN(software defined network)的大象流负载均衡(elephant flow load balancing ,EFLB)。当网络负载超过阈值时,控制器利用Openflow特性将检测到的大象流分裂为多个老鼠流,并根据收集的网络拓扑和链路状态动态地计算负载最小的下一跳交换机,确保负载均衡。实验结果表明,相比于等价多路径路算法(equal-cost mulit-path routing ,ECMP),EFLB机制提高网络吞吐量和链路利用率,更好地实现网络负载均衡。     

基于SDN网络大象流负载均衡算法研究

负载均衡算法是通过对网络中的流量进行调度来提高网络资源利用率,是计算机网络中的一个重要研究方向;针对网络中大象流导致的网络拥塞和老鼠流的排队时延等负载不均衡问题,提出了带宽和时延加权负载均衡(BD-WLB)算法来提高负载均衡性能,综合考虑了大小流之间的流量特征不同,改进了传统算法的路径计算方式;算法通过控制器来获取网络流量和状态信息;然后利用带宽和时延等网络状态参数来为大象流和老鼠流分别计算最优路径;采用P4语言来对数据平面转发流程进行优化处理;实验结果表明,在高负载状态时,BD-WLB算法相比于ECMP算法提高了38.4%的网络吞吐量和41.9%的链路利用率,降低了41.8%的网络时延;使网络资源得到了更好的利用,证明了BD-WLB算法的可行性和有效性。     

基于ECMP的双运营商线路负载均衡实现

文中通过分析气象业务时效性强、7X24小时不间断运行的特点,结合海南气象网络结构的现状,充分挖掘现有网络设备的功能,针对传统线路备份方法的不足,深入研究ECMP技术的逐包转发负载均衡方式、OSPF协议环境下ECMP应用和链路汇聚技术（MP）,规划设计了基于ECMP的双运营商负载均衡方案,最大化利用了电信运营商线路,实现了具有高可用性、高带宽的省一市县气象网络。该网络已经投入业务运行两年,无论足在日常业务中还是在最大气象保障中都取得了良好的效果。     

Openflow Based Dynamic Flow Scheduling with Multipath for Data Center Networks

The routing mechanism in Data Center networks can affect network performance and latency significantly. Hash-based method, such as ECMP (Equal-Cost Multi-Path), has been widely used in Data Center networks to fulfill the requirement of load balance. However, ECMP statically maps one flow to a path by a hash method, which results in some paths overloaded while others remain underutilized. Some dynamic flow scheduling schemes choose the most underutilized link as the next hop to better utilize the network bandwidth, while these schemes lacks of utilizing the global state of the network. To achieve high bandwidth utilization and low latency, we present a dynamic flow scheduling mechanism based on OpenFlow protocol which enables monitoring the global network information by a centralized controller. Depending on the network statistics obtained by the OpenFlow controller, the routing algorithm chooses the best path for the flow. Because there are two kinds of flows in a Data Center, short-lived flows and long-lived flows, we proposed two different algorithms for them. The implementation uses pox as OpenFlow controller and mininet as the network emulator. The evaluation results demonstrate that our dynamic flow scheduling algorithm is effective and can achieve high link utilization.